一種基于超聲行波驅(qū)動的小型蠕動泵研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)在生物醫(yī)學工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，微泵技術(shù)的研究已逐漸成為MEMS研究的一個熱點?；诔曅胁?qū)動的小型蠕動泵在原理上不同于當前的各種微泵技術(shù)，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲振動在輸送管道壁上激起行波，該行波使輸送管道壁質(zhì)點產(chǎn)生與管道壁垂直的橢圓運動。同步驅(qū)動兩個壓電振子，利用產(chǎn)生的上下兩列相位相反的行波在兩彈性體間形成一系列的腔，腔的體積隨行波變化而變化，從而驅(qū)動流體在波的傳播方向上流動。基于超聲行波驅(qū)動的小型蠕動泵

2、無需閥，沒有可動部件，所需驅(qū)動電壓低，可在微流體散熱、生化分析和藥物釋放等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
　　 本文首先概述了微機電系統(tǒng)(MEMS)和微流體系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對目前微泵的種類和原理作了介紹。介紹了壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)及其材料特性和頻率特性，簡述了行波的合成，通過對聲輻射壓力及聲流產(chǎn)生機理的研究，得出超聲行波驅(qū)動機理與模型參數(shù)的關(guān)系。在前述理論基礎(chǔ)的前提下，進一步闡述了基于超聲行波驅(qū)動的小型蠕動泵的工作原理。其次介紹了有限元的

3、基本思想和ANSYS的分析流程。介紹了ANSYS動力有限元理論和聲場耦合分析理論。主要包括結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動力學分析和聲場中的流體-結(jié)構(gòu)耦合分析。然后建立了基于超聲行波驅(qū)動的小型蠕動泵的有限元模型，對該模型進行模態(tài)分析獲得模型的固有頻率和振型；然后選取模態(tài)B(0，5)對其進行諧響應(yīng)分析得到模型的振幅隨頻率的變化規(guī)律；對模型進行了瞬態(tài)動力學分析驗證蠕動泵驅(qū)動流體的可行性。對模型進行聲場中的流體-結(jié)構(gòu)分析得到流體與結(jié)構(gòu)耦合后